Extrusao

Curso Técnico em Transformação de Termoplásticos –– CEFET-RS / UNIDADE DE SAPUCAIA DO SUL

Introdução à Transformação de Termoplásticos - versão 2007 1

EXTRUSÃO

1 INTRODUÇÃO Quando se aperta um tubo de creme dental, pode-se dizer que está se fazendo uma extrusão

de creme dental. O creme que passa pela pequena abertura do tubo toma exatamente seu formato cilíndrico. Pode-se comparar também o processo de extrusão com a produção de espaguete ou ainda a máquina extrusora com um moedor de carne.

Normalmente o polímero sólido, em grãos, flocos ou pó, previamente colocado na máquina é aquecido, plastificado e pressionado pela extrusora para dentro do canal de uma matriz, cuja parte frontal possui uma abertura no formato da seção transversal do produto pretendido. Em alguns processos mais raros e específicos, o material não é plastificado, sendo, portanto, extrudado no estado sólido. Em outros, a extrusora é alimentada por resinas previamente fundidas e atua somente como elemento transportador, desenvolvendo pressão necessária para forçar o material plástico através da matriz.

Os processos de extrusão podem ser subdivididos também em contínuos e descontínuos. Extrusoras contínuas são capazes de desenvolver um fluxo constante de material, enquanto as descontínuas operam por ciclos. Nesse caso, o elemento de transporte da máquina, geralmente um êmbolo, deve possuir movimento de vai-e-vem.

A máquina extrusora de plásticos possui vários componentes, que variam de número, dimensão, função e sofisticação conforme o tipo de processo, geometria e especificações do produto, tamanho de produção, etc. Contudo, alguns elementos fundamentais são encontrados em toda extrusora, pois são responsáveis pela alimentação, plastificação e transporte da matéria-prima até a matriz de extrusão, onde o plástico é conformado. Alguns autores afirmam que a extrusora é mais importante peça do maquinário da indústria de processamento de polímeros, pois participa ou compõe todos os principais processos de transformação. Esta afirmação é feita porque muitos profissionais da área costumam denominar de “extrusora” a unidade responsável pela alimentação, plastificação e transporte de máquinas para outros processos de transformação de polímeros, como injeção e sopro. No mais empregado tipo de máquina sopradora, por exemplo, o parison1 é formado por um conjunto de elementos que não deixam de ser os mesmos de uma máquina extrusora de tubos de PVC, inclusive com uma matriz (muitas vezes chamada de cabeçote ou trefila, em chão-de-fábrica).

Pode-se dizer, então, que as extrusoras têm a função de plastificar (ou fundir), homogeneizar e transportar o plástico até a matriz, forçando o material a passar por sua abertura, tomando assim sua forma (conformação).

2 MÁQUINAS EXTRUSORAS A primeira máquina extrusora para termoplásticos surgiu em 1935, criada por Paul Troester

na Alemanha. Antes só eram usadas para borracha, aquecidas por vapor, tanto com rosca, como com pistão. Depois de 35 começaram aparecer máquinas com aquecimento elétrico. Enquanto isso, o princípio básico de extrusoras com duas roscas foi concebido na Itália por Roberto Colombo. Nesta época, todas as máquinas eram alimentadas com matéria-prima já fundida, mas a partir da década de 50 começaram a aparecer estudos científicos sobre transporte e plastificação de material sólido. 1 Parison é um tubo que, depois de ter uma das extremidades esmagada pelo molde de sopro, é expandido por ar comprimido (sopro) para formar produtos ocos como garrafas e reservatórios.



2.1 TIPOS DE EXTRUSORAS QUANTO À SUA CONFIGURAÇÃO BÁSICA Das extrusoras mostradas no esquema da figura 1, as mais empregadas são as extrusoras

de parafuso fixo, principalmente as monofuso. As extrusoras recíprocas, são utilizadas como unidade de plastificação de injetoras e de alguns modelos de sopradoras. Em extrusão, são mais vantajosas apenas para algumas aplicações bastante específicas. As extrusoras de disco e tambor são ainda menos encontradas, pois, em linhas gerais, são máquinas experimentais.

As extrusoras de parafuso fixo são utilizadas em todos os principais tipos de extrusão, tendo a mesma concepção básica, embora difiram significativamente quanto ao seu aspecto e equipamentos pós-extrusão (necessários para o resfriamento, calibragem, puxamento e algumas operações posteriores, como corte, estiramento ou bobinamento).

• Extrusoras de Parafuso Fixo • Extrusoras de Disco ou Tambor • Extrusoras Recíprocas

Extrusoras podem ser utilizadas não só para a produção de artigos plásticos, mas também

para a preparação de matéria-prima. Extrusoras com dois parafusos paralelos (bifuso ou rosca dupla) especiais são muito empregadas para misturar um ou mais polímeros e aditivos, produzindo pellets de materiais compostos, para futura transformação por injeção, sopro ou extrusão.

2.2 FUNÇÕES DE UMA EXTRUSORA Independentemente do tipo e configuração, o conjunto extrusora-matriz deve executar cinco

funções principais: • transporte de material sólido; • plastificação; • transporte de material plastificado; • homogeneização (mistura); • conformação (pela matriz e calibradores).

observações:

� Alguns processos de extrusão necessitam de máquina que executem uma sexta função, a desvolatização ou degasagem, especialmente projetadas para extrair gases (voláteis) do polímero.

com Parafuso *

com Êmbolo

Parafuso Simples ou Monofuso

Parafuso Duplo ou Bifuso

Multifuso

figura 1 – tipos de extrusoras quanto às sua configurações. * tipo de máquina usada com unidade de injeção de injetoras e unidades de plastificação de algumas

extrusoras-sopradoras)



� Para cada processo é exigido um diferente grau de homogeneização do polímero. Por isso, nem todas as máquinas são boas misturadoras. Uma máquina convencional de rosca simples para extrusão de perfis de PE, por exemplo, não é tão boa misturadora como uma máquina para composição de matéria-prima.

� Transporte de sólidos e plastificação não acontecem em extrusoras que usam a resina já fundida para o processamento. Porém, a maioria das extrusoras é alimentada por partículas sólidas.

2.3 EXTRUSORAS MONOFUSO (ROSCA SIMPLES) Quase 100% dos equipamentos atualmente empregados na produção de artigos extrudados

são máquinas de parafuso fixo. Destas, as de rosca dupla têm emprego voltado principalmente à extrusão de tubos e perfis de PVC. Na extrusão de filmes, filamentos, chapas para termoformagem, tubos e perfis de PE, PP e PS, praticamente apenas as máquinas monofuso são empregadas.

PARTES DA MÁQUINA

Independentemente do processo e do produto, qualquer extrusora monofuso deste tipo é composta por alguns elementos fundamentais:

1 -Funil:

Tem a função de armazenar o material e permitir um fluxo constante de matéria-prima para o interior da máquina. Pode ser abastecido manualmente pelo operador ou automaticamente, por transportadores pneumáticos desde os tradicionais sacos de 25 kg, tonéis, “big-bags” ou silos de armazenamento (capazes de abastecer várias máquinas). É importante que durante a operação da máquina o funil mantenha-se tampado, para que corpos estranhos não se misturem ao plástico e comprometam a qualidade do produto extrudado ou causem desgaste mecânico nos componentes da máquina.

2 - Cilindro de aquecimento: (barril, canhão)

É um cilindro feito em aço especial para resistir à abrasividade e possíveis ataques químicos do material plástico e seus aditivos, bem como suportar altas temperaturas durante o processamento. O cilindro é dividido em zonas de aquecimento que vão de três até doze seções (geralmente), cada uma aquecida através de resistências elétricas em forma de cinta. Sistemas de aquecimento com óleo ou vapor são pouco usados na prática.

Termopares são empregados para medição da temperatura de cada zona. Porém, como a extremidade do termopar está em contato com o interior da parede do cilindro e não diretamente com o material, o valor lido é uma aproximação da temperatura real do polímero. Comparada com a temperatura programada pelo operador, esta leitura permite ao sistema de controle da máquina ligar/desligar e determinar a potência de aquecimento das resistências.

Os cilindros de extrusoras normalmente são dotados de ventoinhas ou canais de circulação de ar, água ou óleo frio para controlar um superaquecimento do cilindro. Geralmente, na região próxima a entrada de material, o cilindro é resfriado com água, para que o calor gerado no resto do cilindro não seja transmitido para o material que ainda está no interior do funil ou na região inicial do parafuso. Além de diminuir a eficiência do transporte de material sólido pela rosca, um



aquecimento prolongado a temperaturas superiores a 50-60ºC, pode formar uma massa de pellets amolecidos e aderidos (conhecida como “jacaré”) impossível de ser transportada, o que interromperia a produção.

Em algumas máquinas a superfície interna da seção inicial do cilindro possui ranhuras longitudinais para melhorar o transporte de material sólido e a geração de pressão, aumentando com isso a produtividade da máquina.

3 – Rosca ou Parafuso plastificador:

É também fabricada em aços especiais e sua superfície recebe tratamentos (cromagem, nitretação e outros) para maior proteção contra corrosão e para diminuir seu coeficiente de atrito. É colocada dentro do cilindro de aquecimento, com uma pequena folga (0,1mm) e acoplada a um eixo de transmissão da caixa de redução do motor elétrico de acionamento.

Existe uma infinidade de tipos (ou perfis) de rosca, cada uma com uma determinada geometria (inclusive para sua ponta, como mostra a figura 2), visando à otimização do processo para cada resina (este assunto será tratado mais adiante). Porém, a chamada rosca universal (figura 3) é o tipo mais utilizado, pois se adapta a várias resinas diferentes. Uma rosca universal divide-se em três seções distintas: (figura 4)

Seção de Alimentação:

• Nesta seção ocorre o transporte dos grãos para a seção de compressão, e em alguns casos, o início da plastificação do material.

• Compreende aproximadamente 1/3 do comprimento total da rosca, variando esta medida segundo o fabricante do equipamento e o material processado. Esta região se encontra próxima à abertura de carga e tem os canais mais profundos em relação às demais seções.

• Em alguns casos equipa-se a seção de alimentação da rosca com um sistema interno de resfriamento. Canais são perfurados paralelos ao eixo da mesma, permitindo a circulação de água resfriada. A função do sistema é manter a rosca fria para que o transporte de sólidos seja mais eficiente.

• Em geral, quanto maior o comprimento desta região maior é a capacidade produtiva da máquina. A geometria do filete (largura e inclinação) também tem influência sobre a produtividade da máquina.

Seção de Compressão (transição): • É a seção onde ocorre a compressão e a total plastificação do material. • A profundidade dos canais é, na maioria dos casos, reduzida linearmente, desde a

profundidade da zona de alimentação até a zona de dosagem, causando um aumento de pressão no material que está no canal. Então, através do atrito contra as paredes do cilindro (aumentado pela pressão) e do aquecimento das resistências externas, o material é plastificado.

• O comprimento desta zona é de aproximadamente ¼ do comprimento total.

Seção de Dosagem (saída, homogeneização): • Devido ao movimento espiral do material dentro do canal da rosca, o mesmo é misturado,

homogeneizando a temperatura e a distribuição de aditivos na massa polimérica. Por isso, esta seção também pode ser chamada de seção de homogeneização.

• Torna o fluxo do material já plastificado mais uniforme, pois este sai muito turbulento da zona anterior devido à compressão. Desta maneira, o fluxo chega ao final do extrusora mais uniforme, sendo distribuído igualmente no cabeçote.



4 – Placa-filtro e telas (placa perfurada, disco quebra-fluxo, porta-telas, contraplaca):

A placa-filtro é um disco de aço com orifícios, geralmente de diâmetro entre 3 e 5 mm e fica instalada entre a extremidade do cilindro e a matriz. A placa sustenta uma ou mais telas de malhas diferentes. As de malha mais aberta, como 20 e 40 mesh2, apóiam as de malha mais

2 mesh: unidade de espaçamento de telas e malhas; equivale ao número de aberturas por pol2.

Figura 4 – Rosca universal e cilindro. À esquerda nota-se a “garganta”, a passagem de material do funil para a rosca. Bem à direita, a ponta da rosca e a extremidade do cilindro, onde deve ser montado um adaptador para a matriz. O comprimento L da rosca é dividido em três seções, alimentação, compressão e dosagem. O diâmetro D da rosca (não representado) é sempre o mesmo, pois é medido pelos filetes. O que varia, com as seções é o diâmetro da raiz da rosca, e. por conseqüência, a profundidade do canal.

L = comprimento da rosca ; ∅ = ângulo de inclinação do filete s = largura do filete ; δ =folga entre o filete e o cilindro

alimentação

compressão

dosagem

passo

profundidade do canal

figura 3 – Rosca universal

Figura 2 – Pontas de rosca com diferentes características geométricas, para atender os requisitos de processamento de cada tipo de resina



fechada, como 80 a 120 mesh. As telas mais abertas servem apenas para apoio das mais fechadas e não para filtrar. Normalmente, uma tela mais fina está posicionada primeiro e uma mais grossa fica junto à placa, para que um rompimento da tela mais fina não entupa a matriz com fragmentos metálicos. Pode-se, também, colocar uma tela média antes da primeira ou dispô-las simetricamente para evitar erros na instalação (figura 5).

A placa-filtro oferece uma certa resistência ao fluxo do material, aumentando a chamada contrapressão criada pela resistência do fluxo do material pela matriz. Esta pressão contrária à direção do fluxo para a matriz obviamente dificulta a saída do material, faz com que parte da massa polimérica circule mais vezes antes de passar pela placa-filtro, aumentando a homogeneização de temperatura e composição da massa plástica.

Com o processamento contínuo, as telas entopem, ou seja, saturam-se de partículas indesejáveis que provocam aumento de pressão no cilindro e redução de velocidade do extrudado. Quando isso acontece, é necessário parar a máquina e trocar o conjunto de telas. A freqüência da troca depende do processo e da matéria-prima, podendo ser apenas diária ou até mesmo contínua. A parada do processo para a troca de telas acarreta, evidentemente, perda de produtividade. Por isso, acessórios mais sofisticados são interessantes, justamente para reduzir este precioso tempo. Existem troca-telas mais avançados que agilizam o tempo de interrupção da troca. Um troca-tela tipo gaveta ou de fita (como o da figura 6), por exemplo, é muito eficaz, mas muito mais caro.

Conforme o exposto, as funções básicas da placa-filtro são: filtrar impurezas e auxiliar o aumento de contrapressão da massa polimérica, para melhorar sua homogeneização.

5- Adaptador: Este componente é uma conexão do cilindro com a matriz. Seu desenho muda com o

processo para o qual é utilizado (figura 7). Pode ser um simples cilindro com duas flanges, como na extrusão de “espaguete” para granulação. Já para o revestimento de cabos elétricos é utilizada uma cruzeta. O adaptador também deve ser aquecido. As placas-filtro podem ser montadas no próprio adaptador, conforme a configuração da máquina (figura 8).

figura 5 –À direita uma vista explodida do conjunto de telas e placa

perfurada. À esquerda, uma placa- filtro limpa, sem as telas.

figura 6 – Troca-telas automático tipo fita



2.4 MATRIZ Sua função consiste em receber o material plastificado e distribuir seu fluxo ao longo da

seção desejada, conformando o material plástico que é extrudado por sua abertura. Não é propriamente uma parte da máquina, pois para cada produto é necessária uma matriz diferente montada no cabeçote da máquina. Matrizes para produtos diferentes podem ser montadas na mesma extrusora, se forem projetadas para isso. Por exemplo, uma máquina pode ser responsável pela extrusão de diversos tipos de perfis de PVC, produzindo um determinando número de horas com cada matriz. A troca da matriz é um processo que por vezes tem duração de algumas horas.

É também feita em aço especial. Possui um canal ou cavidade interna cuja seção inicial é geralmente circular, e uma abertura na saída, com a seção do extrudado. Portanto, a forma da seção do canal interno é gradativamente alterada ao longo do seu comprimento, até os lábios que formam a abertura de saída do extrudado, como mostram as figuras 9 e 10.

figura 7 – Tipos de adaptadores de matrizes. A

“abertura de alimentação” é o funil da extrusora.

figura 9 – Vista em corte e vista frontal de uma matriz para extrusão de um perfil plano.

figura 10 – Vista de metade de uma matriz do tipo “cabide”, para filmes planos ou chapas. O material proveniente da extrusora entra por um canal (à esquerda) e se espalha pelo interior da matriz até sair pelo seus lábios (à direita).

cilindro

parafuso

tela

contraplaca adaptador

matriz

extrudado

figura 8 – Adaptador e contraplaca (placa-filtro).



2.5 EXTRUSORAS BIFUSO (ROSCA DUPLA) Assim como as extrusoras monofuso, esse tipo de máquina possui um funil, um cilindro

com sistemas de aquecimento/resfriamento, adaptador, placa-filtro e matriz, mas apresenta duas roscas paralelas dentro um único cilindro de aquecimento, cuja seção interna é mostrada na figura 11.

CONFIGURAÇÕES

Existem vários tipos de máquinas com duas roscas, cada qual destinada a um conjunto diferente de aplicações:

♦ Intercruzadas • co-rotativas • contra-rotativas (cônicas ou

cilíndricas)

♦ Não-intercruzadas • co-rotativas • contra-rotativas • coaxiais (raramente encontradas)

Em termos gerais, as co-rotativas, intercruzadas (figura 12) e não-intercruzadas, são

empregadas apenas como preparadoras de matéria-prima, misturando aditivos à resina principal ou atuando como reatores de polimerização

Já as extrusoras de parafusos contra-rotativos intercruzados (figura 13) operam com um mecanismo de transporte diferente das extrusoras monofuso e dos demais tipos de extrusoras bifuso. Quando as roscas giram, o filete de uma penetra no canal da outra formando uma cavidade fechada que se move para frente. Desta forma, o material é empurrado em direção à matriz, sofrendo um mínimo de atrito. Este mecanismo de transporte é chamado de deslocamento positivo. Este funcionamento permite que o material seja aquecido quase que integralmente pelas resistências do cilindro, assegurando um aquecimento muito mais gradual e controlado do que em máquinas onde a dissipação viscosa de calor devido ao cisalhamento tem importância significativa no aquecimento do material.

figura 12 – Extrusora de rosca dupla intercruzada co-rotativa.

figura 13 – Extrusora de rosca dupla intercruzada contra-rotativa.

parede do cilindro

seção interna do cilindro

Figura 11 – Seção transversal de um cilindro de extrusoras de rosca dupla



Extrusoras para desvolatização (degasagem, desgaseificação) Extrusoras são usadas quando há ncessidade de:

• remoção de monômeros e oligômeros na polimerização ou na preparação de polímeros; • remoção de voláteis na composição de polímeros com aditivos. • remoção de produtos de reações de polimerização (água, metanol, solventes, etc.); • remoção de ar de polímeros com carga, principalmente polímeros reforçados com

fibras; • remoção de umidade;

Uma extrusora deste tipo (figura 16) é equipada com uma ou mais aberturas no cilindro, pela qual, gases voláteis escapam. Além disso, estas aberturas podem ser usadas como alimentadores de aditivos, aumentando a versatilidade deste tipo de máquina. Elas também podem funcionar como as convencionais quando se vedam as aberturas.

Figura 16 – Corte de um cilindro com duas aberturas, mostrando um parafuso de três estágios.

figura 14 – Extrusora de roscas cônicas intercruzadas em contra-rotação.

figura 15 – Diversas configurações de extrusoras de rosca dupla, abrangendo duas classificações: quanto ao sentido de rotação e quanto ao grau de entrelaçamento (intercruzamento). Além das já citadas máquinas com roscas intercruzadas e não-intercruzadas, também é mostrada uma configuração chamada de tangencial.



3 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DE UMA EXTRUSORA

Esta seção explica os fenômenos que ocorrem dentro de uma extrusora monofuso, mostrando como as suas funções são executadas pelos componentes da máquina. Ao final, há uma comparação entre extrusoras cujo transporte e aquecimento se dá pelo arraste e cisalhamento do material (monofuso) e extrusoras bifuso intercruzadas contra-rotativas, que transportam o material por deslocamento positivo.

1- Zona de transporte de sólidos:

Sólidos são transportados em duas regiões: funil de alimentação e rosca. No funil ele é geralmente transportado até o início da rosca pela ação da gravidade. Porém, vários problemas de escoamento do material podem acontecer quando ele não tiver boas características de fluxo volumétrico. Um exemplo é a compactação do material formando um arco próximo a sua extremidade inferior (garganta), resultando em entupimento do funil. Este problema é mais freqüente quando o material no funil contém excesso de umidade ou está em forma de pó.

Uma vez que o material cai no canal da rosca, o mecanismo de transporte muda, de induzido pela gravidade para induzido por arrasto. O material se move para frente como resultado da rotação da rosca no cilindro estacionário combinada com as forças de atrito que agem sobre as partículas do material

2- Zona de Plastificação:

A zona do cilindro onde o fenômeno principal é o transporte de sólidos termina quando o calor fornecido pelos aquecedores do cilindro e pelo calor gerado pelo atrito ao longo da rosca e do cilindro faz com que o polímero comece a fundir. Normalmente, o calor gerado por atrito é muito maior do que o fornecido pelos aquecedores externos.

figura 17 – Corte do canal da rosca

em algum ponto do meio da seção de compressão, mostrando o material já plastificado e o ainda sólido.

figura 18 – Imaginando-se que o canal da rosca fosse “desenrolado” da sua raiz, esta figura mostra o crescente acúmulo de material plastificado de todo o seu comprimento. As regiões de material mostradas estão logo abaixo do filme fundido, que não é mostrado para não ocultá-las.



3- Zona de transporte de material plastificado:

A zona de transporte de material plastificado inicia onde a zona de plastificação termina. O avanço do material continua ocorrendo como resultado da rotação da rosca e da configuração helicoidal do seu filete, mas a pressão gerada influi no fluxo, podendo reduzir a vazão de saída. O fluxo de arrasto é independente da viscosidade do polímero, ou seja, polímeros diferentes terão a mesma vazão de saída quando se fixam todos os demais parâmetros que possam variar a vazão.

Nesta zona do cilindro (praticamente equivalente à seção de dosagem da rosca) é que ocorre mistura do material. As já mencionadas forças de atrito decorrentes da rotação da rosca em conjunto com a pressão do material geram um movimento circular dentro do canal, que homogeneiza (em maior ou menor grau, dependendo da máquina) a temperatura e a composição da massa fundida.

4- Conformação:

Nesta zona funcional da extrusora, o polímero toma uma forma. A pressão gerada nas zonas precedentes é usada para vencer a pressão requerida pela matriz. As variáveis que afetam esta resistência ao fluxo da massa polimérica são a geometria do canal de fluxo na matriz, as propriedades de fluxo do polímero fundido, a distribuição de temperatura no polímero fundido e a taxa de fluxo através da matriz.

Ao sair da matriz o extrudado sofre uma expansão ou inchamento, decorrente da ação da “memória elástica” do polímero (deformado na entrada da matriz) e do rearranjo do perfil de velocidade da sua seção transversal. Na extrusão de termoplásticos é necessário resfriar o extrudado após sua saída da matriz. Vários dispositivos são adotados, dependendo do tipo de processo, como mergulhos em água, transporte sobre esteiras, passagem por rolos, etc...

4 PERFIS DE ROSCA

Atualmente, diversos tipos de roscas, com as mais diferentes geometrias têm sido pesquisados para cada tipo de polímero, procurando-se otimizar o processo e buscando-se sempre a garantia de melhores propriedades físicas, mesmo quando processados em alta velocidade. O conceito de rosca universal, portanto, tende a ter seu emprego diminuído, pois não atende à natureza específica de cada material.

4.1 ROSCA CONVENCIONAL OU UNIVERSAL São chamadas de “universais” as roscas que possuem as características geométricas

relacionadas a seguir (figura 19). São tais características que dão à rosca capacidade de transportar e plastificar vários tipos de resinas, com uma velocidade de produção e precisão de controle do processo aceitáveis, embora não ótimos:

∗ comprimento total (relação L/D): 20 a 30 D;

∗ comprimento zona de alimentação: 4 a 8 D;

∗ comprimento zona de dosagem: 6 a 10 D;

∗ número de filetes: 1;



∗ passo da rosca: 1D (passo quadrado);

∗ ângulo de hélice: 17,66º;

∗ largura do filete: 0,1D;

∗ profundidade do canal na zona de alimentação: 0,10 a 0,15 D;

∗ taxa de compressão: 2 a 4

4.2 MODIFICAÇÕES DA ROSCA UNIVERSAL Para que determinados materiais fossem processados de forma mais eficiente, foram, ao

longo do tempo, desenvolvidas variações da rosca universal. Algumas das mais importantes são apresentadas a seguir (mostradas na figura 20):

c

d

a

b

figura 19 – Rosca universal



e

f

h

g

figuras - roscas a com filete adicional na

seção de alimentação b com filete adicional na

zona de plastificação c com passo crescente d com passo decrescente e sem seção de dosagem f sem seção de dosagem

nem de alimentação g de compressão rápida h multifiletada

convencional

figura 20 – Modificações da geometria da rosca universal



5 LINHAS DE EXTRUSÃO Esta seção apresenta as matrizes e equipamentos pós-extrusão das linhas de extrusão para

cada geometria de extrudado.

5.1 EXTRUSÃO DE PERFIS (NÃO-CIRCULARES) Os perfis podem ser abertos (como uma calha)

ou fechados (como um perfil para forro ou divisória). Podem também ser maciços (como uma barra) ou vazados.

A extrusão de perfis (figura 21) é semelhante à de tubos, pois os tubos não deixam de ser perfis. Utiliza-se um tipo semelhante de calibrador, tanque de resfriamento ou túnel de ar, puxadores, serra automática e calha recolhedora.

5.2 PERFIS TUBULARES Aqui se enquadram os produtos cilíndricos ocos, como tubos e mangueiras. Embora, no dia-

a-dia estejamos acostumados a diferenciar tubos de mangueiras pela flexibilidade, tecnicamente a diferenciação também deve ser feita pelo tamanho. Perfis tubulares de diâmetros pequenos, inferiores a 10 mm são chamados de “mangueiras”, enquanto a denominação “tubo” é conferida aos de diâmetros maiores.

Os equipamentos pós-extrusão (ou equipamentos complementares) necessários para este tipo de produto são:

� calibrador: posicionado logo após a matriz, serve para resfriar o extrudado e dar-lhe forma e dimensões finais; podem ser montados mais de uma calibrador em linha; os tipos de calibradores e suas aplicações serão apresentados mais adiante;

� equipamento de resfriamento: um tanque com água circulante ou um túnel de ar complementa o resfriamento do extrudado após o calibrador, caso seja preciso;

� puxador ou equipamento de arraste: mantém o extrudado tensionado para que ele não desande após sua saída pela matriz, já que ainda não está solidificado; um sistema de duas lagartas de borracha é o mais utilizado para puxar o extrudado; deve ser observada uma perfeita relação entre as velocidades de extrusão e de puxamento para que não haja rompimento nem diminuição da espessura requerida do produto ou para que o extrudado não se dobre na entrada do calibrador;

� serra: corta o perfil extrudado no comprimento desejado; é acionada automaticamente por um temporizador programável (quanto maior o tempo maior o comprimento do tubo);

Figura 21 – Perfil de câmara fechada sendo extrudado. Os equipamentos pós-extrusão foram retirados para proporcionar a imagem.



� mesa recolhedora: é uma calha com fundo basculante; após o corte o perfil cai pela basculante até uma outra calha, maior, que empilha os produtos até o recolhimento manual para embalagem, montagem ou inspeção de qualidade;

� bobinadeira: utilizada ao invés da calha para bobinar perfis flexíveis;

5.2.1 EXTRUSÃO DE MANGUEIRAS As mangueiras são extrudadas através de uma

matriz, como a mostrada na figura 22. Nesta configuração, o material se desvia 90°, contornando um “mandril”, pelo qual é soprado ar. O material então contorna este mandril, formando uma linha de soldai do outro lado. O material então flui pelo espaço em formato anular (de anel). Estas linhas de solda são inevitáveis no produto extrudado, mas, de forma geral, não são tão prejudiciais quanto em peças injetadas.

5.2.2 REVESTIMENTO DE ARAMES (EXTRUSÃO DE FIOS ENCAPADOS) A matriz a 90 graus também é utilizada para o revestimento de fios elétricos, tubos,

eletrocondutos, cabos submarinos e até mesmo cabos de vassouras. Ao invés de o material contornar o mandril e sair em forma de uma mangueira, ele é depositado sobre um fio metálico, envolvendo-o. O elemento a ser revestido é desbobinado e passa pelo interior da matriz a 90º, como é como mostrado na figura 23.

Duas técnicas de revestimento são geralmente utilizadas. Numa, o plástico é forçado contra o elemento a ser revestido ainda dentro da matriz, evitando a perda de desempenho do produto devido ao encapsulamento de bolhas de ar. Na outra, o plástico é envolve o revestido logo após a saída da matriz. Este método é mais empregado para um segundo recobrimento de um cabo previamente revestido, para revestimento de tubos e para revestimento a baixa pressão.

Figura 22 – Matriz a 90 º para a extrusão de mangueiras e tubos de pequeno diâmetro.

Figura 23 – Equipamentos utilizados para o revestimento de arames.



5.2.3 EXTRUSÃO DE TUBOS LISOS É semelhante à extrusão de mangueiras, porém com matrizes em linha (a linha de centro

da matriz é a mesma linha de centro da extrusora). O mandril central é suportado por uma estrutura em formas de pernas-de-aranha, usualmente 3 ou mais, como mostrado pela figura 24. Estas pernas-de-aranha são relativamente finas, e extremamente minimizadas para interromper ao mínimo o fluxo de material e interferir o mínimo no perfil de velocidades. Mesmo assim linhas de solda longitudinais serão formadas. Portanto, a formação destas linhas de solda devem ocorrer o mais distante possível da saída da matriz. Outro tipo de matriz utilizada é o visto também na figura 24 , que possui um canal espiral, evitando a formação de linhas de solda.

Figura 38 – Matriz do tipo pernas-de-aranha.

Figura 24 – Matriz com estrutura em forma de pernas-de-aranha acima e abaixo matriz com canal em espiral, para extrusão de tubos



5.2.4 EXTRUSÃO DE TUBOS CORRUGADOS Tubos e mangueiras corrugadas podem ser produzidos com um equipamento especial

montado logo após a matriz, como mostra a figura 26. Tubos corrugados costumam ser utilizados em aplicações subterrâneas, pois são mais resistentes a pressão por apresentarem uma área superficial maior do que os tubos lisos. Além disso, este tipo de geometria confere flexibilidade a tubos e mangueiras.

Figura 25 – Equipamentos de pós-extrusão na produção de tubos. Um elemento de fixação chamado flange conecta uma extrusora de rosca simples ou dupla à matriz ou ao seu adaptador. Após a extrusão, o tubo, arrastado pelo equipamento puxador (lagartas), passa por um calibrador para tomar sua dimensão final e em seguida por um tanque de resfriamento, para solidificar totalmente e não ser deformado pelos puxadores. Finalmente, o extrudado é cortado no comprimento desejado e recolhido por uma calha.

Figura 26 – Equipamento pós-extrusão para corru-gamento de tubos Figura 27 – Ilustração da produção de tubos

corrugados.



LEITURA COMPLEMENTAR: INCHAMENTO (DIE SWELL)

Um problema que ocorre durante a extrusão de perfis (inclusive nos tubulares) é a expansão do extrudado ao sair da matriz. Esta expansão deve-se às propriedades elásticas da matéria-prima e à relaxação do termoplástico depois de extrudado.

O perfil de velocidade do material, que, devido ao atrito com as paredes do canal da matriz, apresenta variações de velocidade (diminuindo do centro do fluxo até as paredes), transforma-se em um perfil linear constante, ao sair da matriz. Todos os pontos passam a se movimentar com a mesma velocidade.

Um dos principais problemas causados pelo inchamento é a não uniformidade da própria expansão no extrudado. Isto significa que em algumas áreas, esta expansão será maior que em outras. Se a seção do extrudado não for eqüidistante, esta expansão vai gerar distorções no extrudado, e a geometria requerida não pode ser obtida.

Se analisarmos um extrudado com a seção transversal quadrada, a taxa de cisalhamento é pequena nas bordas (cantos) e é maior no meio das bordas das paredes. Em termos de velocidade, esta é menor nas bordas e menor na parte central. Isto vai gerar uma expansão maior na peça nas regiões mais centrais e uma menor deformação na região das bordas, “abarrilando” o extrudado.

Isto é um fenômeno que não pode ser evitado, tendo-se de recorrer para alterações no projeto da matriz para resolver o problema, modificando a forma do orifício de extrusão, para que a deformação oriunda da expansão seja compensada e se obtenha uma peça com as dimensões requeridas.

5.3 EQUIPAMENTOS PÓS-EXTRUSÃO

CALIBRADORES

Como visto, ao sair pelos lábios da matriz o perfil extrudado sofre um inchamento, modificando suas dimensões e forma. Nova modificação acontece em seguida, pois o sistema de arraste (puxadores) traciona o extrudado, o que causa um estiramento, portanto, muda a espessura e a largura do produto. Pode-se, ainda, considerar a contração do material ao ser resfriado.

Desta forma, é necessária a ação de um calibrador para determinar as dimensões finais do produto, conforme o desejado. Quando este deixa o calibrador, não mais muda sua forma.

Existem muitos tipos de calibradores, entre os quais se destacam:

� de deslizamento ou “matriz fria”; � tampão ou de pressão interna; � tanque de vácuo ou banheira vácuo-spray; � interno.

apenas ler



Calibradores de deslizamento ou “matriz fria”: São os calibradores mais simples, usados para

resfriar perfis abertos. São placas de metal resfriadas por água, por onde desliza o extrudado (figura 28). O perfil é resfriado e dimensionado pelas placas que entram em contato com todo o seu perímetro.

Uma variação destes calibradores é utilizada para perfis fechados. As faces internas das placas internas possui ranhuras, por onde é feito vácuo (com uma bomba). Assim, as paredes externas do perfil são puxadas contra as paredes do calibrador, forçando o produto a tomar suas dimensões. Estes calibradores também são resfriados por água (a água não entra em contato com o produto, ela circula pelo interior das placas do calibrador).

Tanque de vácuo ou banheira vácuo-spray: O princípio é semelhante ao da matriz fria com

vácuo, mas é mais complexo. O equipamento, visto na figura 29, consiste de um tanque hermeticamente fechado (aberturas apenas para entrada e saída do tubo extrudado) com uma série de anéis metálicos no seu interior. Devido ao vácuo dentro do tanque, o tubo, ao passar por dentro dos anéis (figura 30), é forçado contra os mesmos. Assim, o diâmetro externo do tubo é determinado pelo diâmetro interno dos anéis. Já o diâmetro interno é determinado pela pressão atmosférica dentro do tubo, região onde não é feito vácuo. O resfriamento é feito com borrifos de água sobre a superfície do extrudado.

Estes calibradores são utilizados exclusivamente no processo de extrusão de tubos de pequeno e médio tamanho. Para tubos de grande tamanho (350 mm) as dimensões necessárias para o tanque tornam o calibrador muito caro, sendo mais indicado o calibrador tipo tampão.

Figura 28 – Calibrador de perfis tipo “matriz fria”, com um estágio aberto.

Figura 29 – Banheira vácuo-spray aberta para mostrar tubo sendo calibrado pelo elemento da figura 44.

Figura 30 – Conjunto de anéis metálicos (calibrador) montado no interior da banheira vácuo-spray.



Calibrador de Pressão interna de ar ou tampão: Seu funcionamento é o inverso do tanque de vácuo. Um tampão interno ao tubo, preso à

matriz por um cabo ou corrente, impede a saída do ar soprado por um canal na matriz para dentro do tubo. A pressão gerada tende a expandir radialmente o tubo, que, pressionado contra anéis ou uma superfície metálica tubular, toma suas dimensões finais. O resfriamento também é feito com água, que circula dentro do tanque onde estão os anéis ou a superfície tubular. A figura 32 ilustra este tipo de calibrador.

Calibradores internos: São usados para mudar a forma do perfil. Um exemplo é a extrusão de um perfil tubular e a

obtenção de um perfil triangular. O calibrador consiste de elemento metálico cuja seção transversal é progressivamente alterada, conforme o tipo de perfil; desejado. O material extrudado, facilmente deformável devido à sua alta temperatura, se acomoda sobre a superfície do calibrador, tomando sua forma conforme vai sendo puxado, até solidificar. O calibrador pode ser resfriado internamente para aumentar a efici6encia do resfriamento do extrudado.

Figura 31 – Banheira vácuo-spray posicionada logo após a matriz de uma máquina de rosca dupla. Dois perfis são extrudados, calibrados e resfriados lado-a-lado. O equipamento é montado sobre trilhos no piso, possibilitando o ajuste da distância entre matriz e calibrador conforme os requisitos de processo.

Figura 32 – Calibrador de pressão interna ou tampão montado imediatamente após uma matriz tipo pernas-de-aranha para extrusão de tubos.



5.4 EXTRUSÃO DE FILMES Os filmes são empregados para a confecção de sacolas, sacos, embalagens em geral,

cortinas, mantas impermeabilizantes para aterros sanitários, revestimentos de pisos e paredes, coberturas para hortas, filmes para acondicionamento de alimentos congelados, filmes encolhíveis (para conjuntos de latas de refrigerante, por exemplo), etc.

Assim como na produção de perfis, também pode-se obter filmes multicamadas através da co-extrusão.

São duas as principais formas de obtenção de filmes plásticos, ambas admitindo filmes multicamadas co-extrudados:

� filmes planos ou simples

� filmes tubulares ou duplos

Ao contrário do que se possa pensar à primeira vista, os filmes duplos não são obrigatoriamente destinados à produção de sacos e sacolas. O que determina a confecção de determinado produto a partir de um filme simples ou de um filme duplo são suas propriedades, especialmente as relacionadas à transparência, ao brilho e à resistência ao rasgamento.

PROCESSO PLANO DE EXTRUSÃO (filmes simples) Após ser extrudado através de uma matriz larga, de espessura regulável, o filme é resfriado

rapidamente, ou por imersão em um tanque de água ou pelo contato com rolos metálicos com resfriamento interno. Rolos de tração estiram o filme e diminuem sua espessura em até proporções de 10:1. O filme é continuamente puxado pelos roletes de tração, até ser bobinado em cilindros (rolos) específicos para esta função. Antes do bobinamento, as laterais do filme, são aparadas e bobinadas para futuro reprocessamento. Esta operação é feita porque as laterais podem ser mais espessas que o restante do filme, ou para determinar a largura desejada para o filme, já que durante a extrusão pode haver variações na largura do extrudado. Quando uma bobina é completada, corta-se transversalmente o filme, troca-se a bobina e enrola-se a extremidade do filme na nova bobina, dando continuidade à produção.

Neste processo, diferentemente do processo tubular, que é vertical, a transformação em filme ocorre de modo horizontal, não requerendo, portanto, galpões muito altos para sua instalação.



MATRIZ E ESPESSURA DO FILME

No processo plano, a matriz é horizontal, geralmente do tipo "rabo de peixe” ou do tipo “cabide”. Sua saída pode ser oblíqua em relação à linha da extrusora para propiciar um fluxo uniforme, não turbulento, da massa fundida, principalmente quando for utilizado o tanque de resfriamento ao invés dos rolos refrigerados. A matriz do tipo cabide possui uma régua estranguladora que faz com que a pressão do termoplástico seja introduzida no centro é distribuída por toda a largura, tendo na saída à mesma pressão. Conseqüentemente, teremos a mesma espessura em toda a largura do filme. Na saída existe um jogo de lábios para regular a matriz, na espessura desejada.

A abertura da matriz é regulável através de parafusos dispostos ao longo do comprimento da mesma para ajustar a espessura do filme. Na saída da matriz os filmes têm espessuras que variam de 0,2 a 0,6 mm e largura total de até 2,0 m, dependendo do porte da extrusora. Porém, a espessura do filme é regulada pela velocidade dos rolos de tração que estiram o filme, posicionados após os rolos de resfriamento. A espessura final do filme, após o processo de estiramento e resfriamento, pode ficar entre 10 e 20µ. Se a redução de espessura conseguida com o estiramento não ocorresse, a abertura da matriz deveria ser extremamente fina. Isto acarretaria

Figura 33 – Extrusão de filmes planos utilizando resfriamento por rolos refrigerados.

Figura 34 – Extrusão de filmes planos utilizando resfriamento por banho de imersão.



uma menor produção, devido à alta resistência ao fluxo, e uma extrema dificuldade do ajuste de paralelismo dos lábios inferior e superior da matriz (pequenos desalinhamentos causam grandes diferenças de espessura ao longo da seção transversal do filme).

Figura 35 – Componentes básicos de uma extrusora de filmes planos: além do cilindro de aquecimento,

são destacados a unidade de transmissão (motor e caixa), a placa filtro, uma bomba de engrenagens e a matriz.

Figura 37 – Matriz tipo “cabide” vista de cima.

Figura 36 – Corte longitudinal de uma matriz do tipo “cabide”, mostrando o canal de distribuição do material plastificado, os parafusos de regulagem da abertura e a trava de restrição (régua estranguladora).



SISTEMA DE RESFRIAMENTO

Logo após a saída do produto da matriz, inicia-se o processo de resfriamento, que costuma ser efetuado de duas formas diferentes: por imersão em água ou pelo contato com cilindros resfriados.

Em princípio, a distância entre a matriz e o sistema de refrigeração deve ser a mínima possível, a fim de se evitar a contração transversal do filme, que lhe reduz a largura. Da magnitude dessa contração depende a quantidade de material que deverá ser aparada das laterais, e, portanto, a perda do processo. Por outro lado, porém, um intervalo muito curto entre a matriz e o sistema de refrigeração poderá provocar o rasgamento do filme nos lábios da matriz, além de prejudicar, inevitavelmente, a qualidade ótica do filme. Cada material possui sua combinação específica de parâmetros do processo: temperatura de extrusão, velocidade de produção e distân-cia ao sistema de arrefecimento.

Cilindros resfriados: Neste sistema o filme quente é resfriado por contato

direto com cilindros de aço mantidos à baixa temperatura, geralmente e m torno de 10ºC. Estes cilindros ou rolos, também chamados de chill-rolls, exercem uma pequena força de puxamento do filme, que poderá ou não alterar as propriedades físicas do mesmo.

Para otimizar as qualidades ópticas do filme é necessário trabalhar bem próximo das temperaturas máximas recomendadas para cada termoplástico. Os cilindros de refrigeração devem ser altamente polidos para que sua superfície espelhada não transmita imperfeições à superfície do filme, o que prejudicaria seu brilho e sua transparência.

Banho de imersão: O resfriamento também pode ser feito

com a imersão do filme em um tanque com água circulante. Contudo, é importante que a circulação de água não cause perturbações à passagem do filme extrudado, de forma a não modificar sua espessura.

Para materiais como o PP, um alto grau de transparência não pode ser atingido com este tipo de resfriamento, pois não é tão brusco com o efetuado pelos rolos refrigerados.

Figura 38 – Cilindro (ou rolo) refrigerado para resfriamento de filmes planos. Um jato de ar aumenta a adesão do filme à superfície do rolo.

Figura 39 – Banho de imersão para resfriamento de

filmes planos



�� EXTRUSÃO-LAMINAÇÃO Esse processo, que está ilustrado na figura 40, consiste na aplicação de uma camada de

polietileno (ou outras resinas, em menor escala) sobre papel, tecidos, filmes metálicos ou quaisquer outros substratos flexíveis. O processo encontra ampla aplicação na cobertura de produtos como:

a) Papel kraft - na produção de sacos de papel multifolhados para embalagem de fertilizantes e produtos químicos e outros artigos que requeiram garantia de vedação da umidade e da contaminação pelas fibras do papel;

b) Cartolina - na confecção de embalagens para leite, sucos de frutas ou similares;

c) Papel alumínio - na confecção de embalagens para sopas e alimentos que requeiram a exclusão do oxigênio;

d) Filme poliéster - para embalagens que tenham de reter o aroma do produto, ou que tenham de ser aquecidas;

e) Tecidos - na confecção de entretela para golas e para embalagens especiais.

A instalação empregada para extrusão-laminação apresenta grande similaridade com a que é

usada na produção de filmes planos. Usa-se uma matriz tipo fenda, que produz um filme fino que é, em seguida, aplicado sobre o material a cobrir. Isso é feito em um sistema constituído de um cilindro de arrefecimento e de um cilindro de pressão, recoberto com borracha. O substrato a ser recoberto é suprido continuamente desde uma posição de desbobinamento, passando sobre o cilindro de pressão. O filme plástico é fortemente comprimido sobre o substrato. A espessura da camada aplicada pode ser em parte regulada pela taxa de extrusão e pela velocidade do substrato.

O cilindro de resfriamento é, normalmente, cromado e altamente polido, e projetado de forma a remover o máximo de calor do plástico aquecido. Essa é condição essencial para garantir a aderência do plástico ao substrato. A temperatura em que se dá a laminação (com polietileno)

Figura 40 – Processo de extrusão-laminação



Figura 41 – Extrusão vertical ascendente de filmes tubulares de PE.

deve ser da ordem de 25 a 30°C. Se ela for mais alta, existe a tendência ao arrancamento da camada de polietileno, e a conseqüente delaminação parcial.

PROCESSO TUBULAR DE EXTRUSÃO (FILMES DUPLOS) O filme obtido do processo tubular não

difere muito daquele produzido no processo plano, no tocante à aparência visual, mas oferece um balanceamento melhor de propriedades mecânicas, seja na direção longitudinal, seja na direção perpendicular ao fluxo.

No processo tubular, o filme é extrudado através de uma matriz circular e, em seguida, resfriado externamente por contato direto com o ar. Quando o filme sai da matriz, ar é soprado no seu interior, fornecendo pressão suficiente para a formação de um 'balão' ou 'bolha' e configurando, desta forma, o filme tubular. Durante a passagem do produto desde a matriz até os rolos puxadores no alto da torre, ocorre o resfriamento do filme, que toma a espessura requerida. Os rolos puxadores achatam o balão, formando um filme duplo, que a seguir é bobinado ainda duplo ou cortado e bobinado como se fossem dois filmes simples (em dois rolos diferentes).

Existem três tipos de processos tubulares:

� vertical ascendente

� vertical descendente

� horizontal

O primeiro se caracteriza pela formação do balão no sentido ascendente, ou seja, de baixo para cima. Polietilenos de alta, baixa e linear de baixa densidade são produzidos exclusivamente pelo processo tubular ascendente.

Já o segundo apresenta o balão sendo extrudado no sentido descendente, ou seja, de cima para baixo. Isto é necessário para que possa haver resfriamento com água, cujo choque térmico com as paredes quentes do balão resulta num grau de transparência muito maior para o polipropileno. Em alguns casos o PP também pode ser processado em extrusoras ascendentes, mas com resfriamento do balão por ar.

O terceiro tipo de processo, horizontal (figura 42), é bem menos empregado e se destina, principalmente ao processamento de filmes duplos de PVDC.



EQUIPAMENTOS DA LINHA

1- Extrusora: Máquina monofuso, geralmente com parafuso universal com seções de mistura distributiva

e dispersiva na seção de dosagem.

2- Cabeçote: Nas máquinas para extrusão de filmes tubulares, dá-se o nome de cabeçote para um

conjunto onde estão montados a matriz, o anel de resfriamento, resistências elétricas e termopares, entrada de ar para insuflamento do balão, além de alguns outros elementos. Em linguagem de chão-de-fábrica, costuma-se chamar a própria matriz de cabeçote ou vice-versa.

O cabeçote é conectado ao cilindro da extrusora através de um adaptador, onde se encontra a placa-filtro e um sistema troca-tela.

De forma a se conseguir uma boa uniformidade de espessura, muitas máquinas empregam cabeçotes giratórios. Como vários motivos causam a desunifromidade da espessura do balão, com o emprego do cabeçote giratório, a desuniformidade é “ distribuída” por igual em todo o perímetro do balão.

3- Matriz: A matriz circular (anular) é composta de duas partes concêntricas, e entre elas passa o

termoplástico fundido. A parte interna, normalmente cônica, é chamada também de mandril

Figura 42 – Extrusão horizontal de filmes tubulares de PVDC.

Figura 43 – mais a direita vê-se o funil de alimentação e o cilindro de aquecimento, enquanto mais para a esquerda são mostrados o cabeçote, o anel de resfriamento, a ventoinha de ar de resfriamento e as mangueiras de ar para o anel.



interno ou pino central. A parte externa tem a função principal de permitir ajustes pequenos de espessura final, através de parafusos. As superfícies destas duas partes da matriz devem ser muito polidas para assegurar boas propriedades ópticas ao filme e devem ter uma geometria que permita um fluxo contínuo, sem pontos-mortos.

Podem ser encontrados três tipos básicos de matriz: a de alimentação lateral, a de canal espiral e a do tipo pernas-de-aranha, ambas com alimentação axial.

Matriz de alimentação lateral:

O fluxo proveniente do cilindro é distribuído ao redor do pino central. Como a massa polimérica atinge o pino central lateralmente, o mesmo se inclina. A cada mudança de velocidade de produção ou de pressão a inclinação do pino é, logicamente, alterada. Desta forma, é necessário um freqüente ajuste dos parafusos da matriz, para que a espessura do balão seja sempre uniforme. Este motivo está levando este tipo de matriz a ser cada vez menos usado, sendo substituído pela alimentação axial.

Além disso, quando o fluxo dividido se reencontra deixa uma linha de solda, uma região de menor resistência e, portanto, de fácil rasgamento (figura 44).

Matriz de alimentação axial tipo pernas-de-aranha:

Também chamadas de matrizes de sustentação em estrela ou cruzeta, são muito similares às já referidas para o processo de extrusão de perfis. Também forma linhas de solda (nas pernas-de-aranha), mas menos visíveis do que as formadas com o tipo anterior.

É o tipo de matriz mais adequado ao processamento de filmes de paredes muito finas e de precisão de espessura (figura 45).

Matriz de alimentação axial tipo espiral:

Igualmente semelhante às matrizes espirais para extrusão de perfis, è indicada para operações de alta produção.

Consiste de um mandril interno com vários canais helicoidais com profundidade decrescente na direção da saída da matriz. Como se vê na figura 46, parte do fluxo de material pastoso é conduzido pelos canais (fluxo circunferencial) e parte é axial, no sentido direto da extrusão. O efeito final é uma massa extremamente homogênea e sem linhas de solda.

4- Anel de resfriamento:

O resfriamento do balão, realizado externamente, é obtido pelo ar emergente de um anel de resfriamento montado diretamente na saída da matriz. Volume de ar, velocidade de ar, e direção do fluxo de ar, tanto quanto sua temperatura determinam a eficácia do resfriamento. O ar não deve somente resfriar a massa uniformemente, mas também suportá-la, contribuindo para a estabilidade do balão.

Para obtermos um filme com boas propriedades mecânicas, bem como espessuras uniformes, é extremamente importante que o balão tenha um resfriamento uniforme e uma boa estabilidade. Essas características são obtidas com anel de ar projetado com sistema adequado de labirintos, contendo equalizadores de pressão e defletores internos. Isso faz com que se tenha velocidade e distribuição uniformes de ar, em toda a circunferência dele. Podem ser instalados um manômetro e um termômetro, que darão informações valiosas para um controle mais efetivo do sistema.

Uma das condições mais importantes na construção do anel é que a saída de ar esteja num ângulo de 45 a 60 °C da horizontal, para que o ar toque a superfície do filme, de maneira que não



o corte e ajude a estabilizá-lo. A abertura do anel (saída) deve estar, normalmente, a 10-20 mm de distância da borda da matriz e deve ser regulável. Uma pequena abertura resulta em altas velocidades de ar e bons efeitos de resfriamento. Uma grande abertura, ao contrário, produz um grande volume de ar, mas a velocidade é, geralmente, tão baixa que somente parte do ar contribui para o resfriamento do filme.

A utilização conjunta de resfriamento interno do balão (IBC-lntertial Bubble Cooling) apresenta nítidas vantagens sobre o sistema convencional, principalmente o aumento da produção (figura 48). O ar ocluso dentro do balão se aquece durante o processamento, podendo fazer com que o filme esteja mais quente do que o esperado quando passar pelos rolos puxadores. Isto pode ocasionar bloqueio (as duas faces do filme achatado pelos rolos aderem, grudam) e redução da produtividade.

Figura 47– Corte de um anel de resfriamento

Figura 44 – Vista superior e corte longitudinal de uma matriz de alimentação lateral.

Figura 45 – Vista superior e corte longitudinal de uma matriz de alimentação axial do tipo pernas-de-aranha.

Figura 46 – Corte da parede externa de uma matriz de filmes tubulares, mostrando o mandril interno com canais em espiral



Apesar de ainda pouco empregado no Brasil, devido ao elevado custo, esse sistema apresenta as seguintes características:

• introdução de ar de resfriamento na área plástica do filme; • extração de ar quente interno do balão; • sensores de alta sensibilidade que regulam o fluxo volumétrico de ar, assegurando um

diâmetro constante ao longo do tempo.

5- Torre: Na torre são montados diversos equipamentos fundamentais ao processamento de filmes

tubulares, como os rolos puxadores, a saia (responsável pelo gradual achatamento do balão), o cesto de calibragem, bem como outros acessórios de importância secundária.

A altura da torre é determinada em função das características do processo e da matéria-prima. Por isso, as torres modernas possuem regulagem de altura (ao contrário das antigas), para ampliar os tipos de matéria-prima processáveis. O ajuste também é necessário para determinar a altura exata em que o filme está quente o suficiente para não formar dobrar durante o achatamento, mas frio suficiente para não haver bloqueio. Torres muito altas tendem a provocar dobras na direção da extrusão, enquanto torres excessivamente baixas contribuem para dobras transversais.

6- Estabilizadores de balão: Independentemente de um anel adequadamente projetado, uma estabilização adicional do

filme tubular entre a linha de cristalização e os rolos puxadores é essencial para evitar a formação de dobras no filme.

Um dispositivo presente na grande maioria das máquinas é o diafragma tipo íris, colocado logo acima da linha de cristalização, com abertura regulável para tocar toda a circunferência de balões de diâmetros diferentes, de acordo com o necessário.

Ao invés do diafragma, pode ser usado um cesto de calibragem, que consiste de uma série de anéis paralelos com pequenos roletes que tocam o balão, acima da íris. Alguns cestos são compostos de roletes largos, que tangenciam a superfície do balão.

Figura 48 – Sistema de resfriamento interno do balão



7 - Saia: O filme tubular deve ser resfriado uniformemente e sem dobras até os rolos, para que seja

corretamente bobinado. Para assegurar que o filme chegue sem nenhuma dobra nos rolos puxadores, ele deve ser achatado enquanto ainda está morno (60 a 800C) e relativamente flexível.

Para isto, a torre é dotada de um sistema de achatamento gradual do filme. Para filmes de PEBD, a saia consiste de duas séries de roletes metálicos horizontais, dispostos de forma cônica, em contato com o filme. Por causa da eletricidade estática, em máquinas para filmes de PEAD é mais aconselhável o uso de sarrafos ao invés dos roletes. A abertura entre os sarrafos (ou entre os roletes) permite o resfriamento lento com o ar e é possível inserir sarrafos, em ângulo com as saias, para auxiliar a estabilização do balão.

No caso do PEAD, por exemplo, como há pouco risco de bloqueio, as saias podem iniciar o achatamento do filme tubular logo após o diafragma íris. No achatamento do filme tubular, devido â geometria do sistema, as partes do balão em contato com as saias podem ter distâncias diferentes das partes que correm livres, para chegar até os rolos. Com isso, podem haver diferentes velocidades nos diversos pontos do filme. Para minimizar essa diferença de comprimento e o risco do filme enrugar-se, é indicado um ângulo de cerca de 20 graus para a abertura das saias (PEAD). Se o ângulo for muito maior que 20°, isto é, se as saias estiverem muito abertas, ocorrem dobras transversais. Para ângulos menores, as dobras tendem a aparecer no sentido de extrusão do filme.

8- Rolos puxadores:

Também chamados de rolos de achatamento e arraste, servem para puxar o filme em direção aos rolos bobinadores, determinar a espessura do filme por estiramento e evitar a saída de ar do interior do balão. Um rolo é de metal e o outro de borracha, para pressionar toda a superfície do filme que passa entre os mesmos. É fundamental que a linha de encosto dos dois rolos esteja precisamente alinhada com o centro da matriz.

Conforme já mencionado, a velocidade dos rolos pode ser controlada pelo operador da máquina, pois é necessário a sua correta sintonia com a velocidade de extrusão, para que se mantenha a espessura requerida para o filme, além da possibilidade de modificação da mesma.

9- Bobinadora: É um equipamento isolado da extrusora e da torre, porém fundamental para o processo, pois

o filme já processado e resfriado é aqui temporariamente armazenado. O bobinamento do filme só pode ser efetuado perfeitamente quando ele sai dos rolos

puxadores isento de dobras. Quando a sua temperatura diminui e ele se torna rígido, passa a ser difícil eliminar as possíveis dobras que já possua.

Dobras podem ser formadas também nos rolos-guia (que fazem parte da bobinadora), isto é, entre os rolos puxadores e os bobinadores. Isso ocorre principalmente se a distância entre cada rolo-guia for grande. Dobras formam-se nesse ponto quando o filme não está devidamente tensionado. De qualquer forma, é fundamental que os bobinadores estejam corretamente centrados e alinhados com o conjunto, dispondo de controle de velocidade para fornecer uma tensão ideal para o bobinamento do filme.

A utilização de rolos curvos −chamados de rolos-banana− diminui a possibilidade de formação de dobras devido ao seu desenho, pois permitem que os filmes tenham velocidades diferenciadas na sua largura, mantendo uma tensão de puxamento mais uniforme.



Figura 49 – bobinadores: A, simples; B, dupla em tandem; C, dupla, sobreposta.

A B C

Alguns bobinadores possuem facas que cortam o filme duplo, permitindo o bobinamento em separado de dois filmes simples.

LEITURA COMPLEMENTAR: OPERAÇÕES DE ACABAMENTO

Para que filmes sejam transformados em sacos, sacolas, rótulos, etc., além da linha de extrusão, são necessários equipamentos para operações de acabamento superficial e dimensional. Empresas produtoras de embalagens e rótulos costumam extrudar o filme e, e m seguida, imprimi-lo, cortá-lo e soldá-lo.

Tratamento corona. Filmes produzidos com resinas como o PE possuem superfície não polar (baixa tensão superficial), portanto, não são capazes de manter tintas e adesivos. Durante um tratamento corona, a superfície do filme é exposta a uma descarga elétrica que a polariza, preparando-o para ser impresso3.

Impressão. Dois processos principais são utilizados para imprimir rótulos, códigos de barra, informações do produto, etc. em filmes: rotogravura e flexografia4. Máquinas especiais para este processo imprimem o filme após seu devido tratamento superficial.

Corte e solda. Como são muito variadas as aplicações dos filmes simples ou duplos, após sua produção estes passam por um dos diversos processos de corte e solda existentes. Uma tipo de máquina específica corta o filme desbobinado de acordo com o tipo de sacola/saco/embalagem a ser produzido e realiza operações de soldagem5.

3 consultar ROMAN, Ademar “Transforamção do Polietileno-PEBD”; Editora Érica; São Paulo, 1995; pg. 228-241 4 consultar ROMAN, Ademar “Transforamção do Polietileno-PEBD”; Editora Érica; São Paulo, 1995; pg. 242-251 5 consultar ROMAN, Ademar “Transforamção do Polietileno-PEBD”; Editora Érica; São Paulo, 1995; pg. 252-257

Figura 50 – Equipamento para tratamento Corona. Costuma ser montado na torre da máquina, entre os puxadores e o bobinador.



LEITURA COMPLEMENTAR: ORIENTAÇÃO MOLECULAR

Durante o processamento, as macromoléculas dos termoplásticos amorfos ou semicristalinos tendem a ser orientadas preferencialmente na direção em que sofrem algum esforço. Uma comparação grosseira pode ser feita com o ato de pentear os cabelos. Imagine que os cabelos despenteados são macromoléculas emaranhadas representando a massa polimérica no estado pastoso dentro do cilindro, antes da extrusão. Durante a passagem pelo estreito canal interno da matriz e sua abertura (lábios) o material sofre uma deformação na direção da extrusão. Isto é semelhante à ação do pente sobre os cabelos, que começam a se direcionar na trajetória do pente. Além disso, em qualquer processo de extrusão, um sistema de arraste (rolos puxadores, lagartas, etc.) tensiona o extrudado, inevitavelmente esticando-o. O esforço do sistema de arraste sobre a região ainda pastosa, recém extrudada, orienta ainda mais as macromoléculas do polímero na direção da extrusão (ou direção da máquina, DM). Mal comparando, como se isto fosse uma segunda penteada na mesma direção da primeira. Claro que mesmo assim, algumas macromoléculas ainda estão “descabeladas”, ou seja, não orientadas ou orientadas em outras direções.

Com a solidificação do extrudado, a orientação molecular se mantém, embora haja um certo grau de relaxação molecular. Na direção da orientação preferencial, o produto apresenta uma maior resistência à tração. Em contrapartida, na direção transversal a resistência à tração é muito inferior, assim como a resistência ao impacto. A orientação molecular ainda traz outras vantagens e desvantagens6.

Assim, para muitos produtos, o processo não deve causar excessiva orientação numa única direção. Por exemplo, para que um filme extrudado tenha boa resistência ao impacto é fundamental que além da orientação na direção da máquina (DM) haja igual orientação na direção transversal à extrusão (DT). Esta situação é chamada de bi-orentação molecular.

Os polietilenos, principalmente os de alta densidade, tendem a ter suas macromoléculas fortemente orientadas na direção em que são extrudados e puxados. Logo, um filme de PEAD extrudado pelo processo plano, não possuiria boa resistência ao impacto.

6 Algumas serão apresentadas brevemente mais adiante, nesta e em outras unidades. Discussões mais aprofundadas a respeito não são objetivo desta disciplina, mas serão revistas em Matérias-Primas e Máquinas/Fabricação.

Figura 51 – Além do filme tubular propriamente dito, uma série de outras configurações pode ser obtida

através de corte e dobramento na própria bobinadora.



Pelo processo tubular, entretanto, é possível bi-orientar o filme, através do esticamento transversal à direção de extrusão e causado pelo ar soprado dentro do balão.

�� CO-EXTRUSÃO DE FILMES Muitos produtos necessitam de propriedades de vedação (barreira) à umidade, CO2, ou a

O2, combinadas com boa resistência ao impacto e à tração e ainda bom aspecto visual. Assim, quando não se encontra uma resina que confira ao filme todos os requisitos do gênero e que seja economicamente viável, passa-se a produzir filmes com mais de uma camada pelo processo conhecido como co-extrusão. O crescimento deste tipo de processo vem sendo muito grande nos últimos anos, principalmente no ramo de embalagens.

De forma geral, as camadas podem ser classificas em:

♦ camadas de acabamento: geralmente externas, devem proporcionar características como brilho, transparência, capacidade de impressão ou capacidade de soldagem;

♦ camadas de estrutura: devem possuir boas propriedades mecânicas, como resistência ao impacto, resistência à tração, além de características especiais, como, por exemplo, capacidade de encolhimento (filmes encolhíveis);

♦ camadas de barreira: normalmente servem como barreira, ou seja, diminuem a permeabilidade do filme à umidade, oxigênio, gás carbônico e outros gases; os materiais mais empregados como barreira são o EVOH, PA, PET e PVDC.

♦ camadas de adesão: como nem todos os materiais usados em camadas estruturais são compatíveis alguns materiais usados em camadas de função, utiliza-se entre os dois uma camada de material com excelente adesão com ambos;

Muitos filmes co-extrudados apresentam camadas que executam mais de uma destas

funções, graças às propriedades dos materiais que as compõem. O material de cada camada pode ser um homopolímero, um copolímero ou mesmo uma blenda.

Os equipamentos pós-extrusão são os mesmos utilizados na obtenção de filmes monocamada simples ou duplos. A diferença é que, assim como na já referida co-extrusão de tubos e perfis, utiliza-se uma extrusora específica para cada tipo de matéria-prima e uma matriz com canais internos que conectam as extrusoras aos lábios, formando o filme multicamadas.

Figura 52 – Máquina para co-extrusão de filmes planos. Nota-se três

extrusoras radialmente dispostas num mezanino, conectadas a uma matriz oblíqua tipo cabide.

Figura 53 – Matrizes do tipo espiral para co-extrusão de filmes tubulares



�� EXTRUSÃO DE FILMES PLANOS BI-ORIENTADOS Neste processo, o filme plano é extrudado com uma largura relativamente pequena, sendo

estirado longitudinal e transversalmente, até atingir a largura final, várias vezes maior do que a inicial. A orientação longitudinal ocorre pela tração de rolos puxadores ao final da linha, como no processo plano convencional. A orientação transversal, não realizada no processo convencional, é conseguida através da movimentação diagonal (para frente e para os lados) de grampos que prendem as laterais do filme. Através deste sistema, a largura final do filme costuma ser várias vezes a largura da matriz. A bi-orientação confere ao filme propriedades mecânicas semelhantes às obtidas nos filmes tubulares.

Dois métodos são utilizados para o processamento de filmes planos bi-orientados:

1) Estiramento Seqüencial: o filme plano extrudado ainda estreito passa por uma unidade de estiramento longitudinal, onde uma série de rolos de tração orientam as moléculas do polímero na direção da extrusão, para só então passar pela unidade de estiramento transversal (funcionamento já descrito acima).

2) Estiramento Simultâneo: não existe a primeira unidade, após a extrusão o filme é orientado longitudinal e transversalmente ao mesmo tempo na mesma unidade, como mostra a figura 69.

Polipropileno bi-orientado (BOPP) é empregado como base de fitas adesivas, em

álbuns de fotografia, rótulos, revestimentos metalizados de capacitores, embalagens metalizadas à vácuo para produtos alimentícios e sobre-embalagens para carteiras de cigarros, revistas, pacotes de produtos alimentícios, caixas de produtos eletroeletrônicos e estojos para CDs e fitas de vídeo. Também são muito empregados como revestimento de laminados de papel usados na confecção de embalagens para produtos alimentícios. Além de algumas destas aplicações, o PET bi-orientado também se aplica a fitas magnéticas para áudio e vídeo, disquetes, filmes encolhíveis, filmes para raio-X, sacos de café embalado à vácuo e isolamento elétrico, entre outras. Filmes bi-orientados de outros materiais, como PVC, PC, PMMA, PELBD, PEN, PS e PA, também já encontram aplicações. Muitos destes filmes planos bi-orientados são co-extrudados.

Figura 54 – Unidade de estiramento simultâneo longitudinal e transversal para bi-orientação de filmes planos. A matriz e a extrusora não são mostrados no desenho, apenas o filme e os grampos de estiramento.



�� EXTRUSÃO DE FIBRAS Fibras são materiais caracterizados pela altíssima razão comprimento/largura. Fibras

naturais, como linho, algodão, seda e lã são muito empregadas pela indústria têxtil, mas é crescente o uso de fibras sintéticas, desenvolvidas para novas aplicações ou para substituir as naturais.

Quando a fibra extrudada continuamente é bobinada em roletes semelhantes a carretéis, ela á dita filamento. Fibras curtas ou diversos filamentos podem ser trançados, produzindo-se um fio dito multifilamento (yarn). Os multifilamentos, assim como os monofilamentos, podem ser usados para a confecção de artigos como cordas, sacolas, sacos, telas para pintura, linhas para pesca, tecidos para artigos de vestuário e mobiliário, tecidos de uso industrial (filtros, correias, cintos, mantas), não-tecidos em geral, camadas internas de pneus, mangueiras para bombeiros, mantas geotêxteis e airbags.

As principais diferenças entre multi e monofilamentos são citadas abaixo: • monofilamentos têm diâmetro consideravelmente menor; • cordas, linhas, redes e tecidos podem ser produzidos a partir de linhas compostas por

um único filamento (monofilamento) ou por vários filamentos trançados (multifilamentos);

• a escala de produção é maior para a extrusão de multifilamentos; • geralmente multifilamentos são extrudados para baixo, para possibilitar um estiramento

gravitacional e/ou induzido por jatos de ar descendentes; • devido às duas últimas diferenças citadas, as instalações industriais para o processo de

multifilamentos costumam ser maiores e mais caras. Vários processos foram desenvolvidos para a obtenção de fibras sintéticas, entre os quais a

extrusão de material plastificado (melt spinning). Basicamente 4 tipos de matérias-primas são empregadas para a transformação em fibras

sintéticas por extrusão: • Poliéster (PET); • Poliamidas (PA); • Polipropileno (homopolímero e copolímero); • Polietileno (de alta, média, baixa densidades e linear de baixa densidade;

Outras fibras comerciais, produzidas em escala menor, são a Saran (baseada em PVDC), Spandex (copolímero elastomérico de poliuretano e poliuréia) e a Sulfar (PPS).

LEITURA COMPLEMENTAR: FIAÇÃO ÚMIDA (WET-SPINNING)

Fibras de acrílico e de Rayon (celulose regenerada), mais conhecidas por viscose, são muito empregadas, mas não são obtidas pelo processo de extrusão de material plastificado a partir de pellets.

Pela pressão gerada por uma bomba de engrenagens, o polímero em solução é

extrudado através de uma fiandeira diretamente num banho de solvente. Os filamentos precipitam e solidificam ao emergirem do banho químico. Na seqüência, as fibras são estiradas, lavadas (para retirada do solvente), tratadas superficialmente, secas e, finalmente, enroladas ou cortadas.



LEITURA COMPLEMENTAR: NÃO-TECIDOS

Ao contrário dos tecidos, onde as fibras são trançadas de forma regular em teares, os não-tecidos apresentam as fibras distribuídas aleatoriamente. As fibras podem ser unidas por diferentes tipos de processos, formando o não-tecido.

Materiais naturais ou sintéticos podem ser usados, em forma de filamentos contínuos ou de pequenas fibras. Entre as fibras naturais, PP, PE, Rayon e PET são as matérias-primas predominantes.

Os não-tecidos encontram inúmeras aplicações: artigos automobilísticos (revestimento de volantes e assentos), mantas geotêxteis, artigos para escritório (coberturas de livros e cadernos; envelopes), artigos para higiene (lenços umedecidos; fraldas), peças de vestuário (componentes de calçados e enchimentos de soutiens e ombreiras), artigos cirúrgicos (máscaras, capas e aventais), coberturas protetoras para uso agrícola, artigos domésticos (almofadas, fundos de carpetes, cortinas e cobertores) e artigos industriais (correias transportadoras, embalagens e filtros).

Spunbonding e Meltblowing são dois dos principais processos de produção de não-tecidos a partir de fibras plásticas extrudadas. Não-tecidos com mais de uma camada, como o SMS (camadas externas produzidas por spunbonding e laminadas sobre a interna produzida por meltblowing) também são bastante empregados.

No processo de meltblowing, logo após sair pela matriz, o material ainda plastificado é estirado horizontalmente por jatos de ar, conseguindo-se filamentos extremamente finos. Após o estiramento os filamentos são coletados aleatoriamente pela superfície de um rolo de grande diâmetro, formando o não-tecido. Após o resfriamento, o não-tecido é bobinado. O pequeno diâmetro dos filamentos confere ao não-tecido um toque aveludado. Porém, como o estiramento é feito com os filamentos ainda plastificados, não há uma orientação molecular que resulte em ótimas propriedades mecânicas.

Pelo processo de spunbonding, vários filamentos são extrudados verticalmente por jatos de ar frio e caem sobre uma esteira porosa, sob a qual faz-se vácuo. Defletores móveis espalham os filamentos ao final da queda. Como o estiramento é basicamente com os filamentos já solidificados, a diminuição de sua espessura não é tão grande quanto no processo meltblowing, mas as propriedades mecânicas conseguidas são muito maiores, graças á forte orientação molecular induzida. A base do não-tecido é formada pela disposição aleatória dos filamentos sobre a esteira. A esteira conduz esta base á uma calandra aquecida, que consolida o não-tecido através da fusão dos filamentos em pequenos pontos determinados

Figura 55 – Processo de fiação úmida para produção de fibras de Rayon.



pelo padrão em relevo nos rolos da calandra. Após a calandra o não-tecido é resfriado e bobinado.

Figura 56 – Processo Meltblowing. Extrusora, bomba de

engrenagens (gear pump), matriz (die), distribuidores de ar (air manifold), esteira coletora (collector) e rolete bobinador (winder).

Figura 57 – Corte de uma matriz para meltblowing. A matriz consiste de duas partes, superior e inferior. Após entrar na matriz e ser distribuído por um canal, o material plastificado sai por ranhuras, salientadas em preto.

Figura 59 – Processo Spunbonding. 1) funil, 2) extrusora; 3) bomba de engrenagens; 4) bloco de matrizes; 5) torre de resfriamento e estiramento; 6) entrada de ar primário; 7) entrada de ar secundário; 8) jatos de ar terciários; 9) sucção sob a esteira coletora; 10) esteira coletora; 11) esteira guia; 12) calandra de consolidação; 13) bobinadora

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Figura 58 – Defletores (pincéis) para

espalhamento dos filamentos sobre a esteira coletora



�� EXTRUSÃO DE FITAS DE RÁFIA Ráfia é o nome de uma palmeira cujas fibras, muito resistentes, costumavam ser utilizadas

para a fabricação de tecidos e cordas. Com o advento dos processos de transformação de plásticos, passou-se a empregar o nome ráfia, à fitas planas produzidas por extrusão para o mesmo tipo de emprego.

Inicialmente um filme plano é extrudado por uma matriz tipo cabide ou rabo-de-peixe, passando, em seguida, por um banho de água num tanque de resfriamento. A água que adere ao filme é eliminada durante a passagem do mesmo entre dois cilindros de pressão e a umidade residual é retirada por tubos de sucção. Uma vez seco, o filme é cortado em tiras longitudinais, cuja largura é dada pela distância entre as lâminas do cilindro de corte. Antes do cilindro de corte, as laterais do filme são aparadas, e, geralmente, succionadas e reenviadas à extrusora. Para que as fitas tornem-se mais resistentes, permitindo seu emprego na fabricação de cordas e tecidos para sacolas e sacos, as linhas de extrusão de ráfia possuem unidades de estiramento, composta de vários roletes. O estiramento das fitas, em um ou mais etapas, ocasiona uma forte orientação das moléculas do polímero, aumentando as propriedades mecânicas do material. As taxas de estiramento normalmente variam entre 1:6 e 1:15. Assim como na extrusão de fibras, estufas com circulação de ar quente (o aquecimento também pode ser feito por água ou por contato) são usadas para condicionar a temperatura do material em função das propriedades requeridas para as fitas e das características do material. Após as unidades de estiramentos, cada fita é bobinada por um rolo diferente.

Devido aos maiores custos de produção pelo processo de extrusão de filamentos, geralmente as fitas de ráfia são preferidas para a confecção de produtos de baixo custo. Polipropileno e polietileno são as matérias-primas geralmente utilizadas para a produção de fitas decorativas, fundos de carpetes, sacos, cabos, filtros, revestimentos de parede, lonas de proteção para agricultura.

� EXTRUSÃO DE CHAPAS EXPANDIDAS Este processo tem a vantagem de oferecer chapas de PP, PS, PE, PA e PVC flexível, mais

leves em função da densidade menor, por volta de 0,2 g/cm3, causada pela introdução no sistema de um agente expansor. O agente expansor (isopentano, azodicarbonamidas, tricloro flúor metano ou nitrogênio) pode ser impregnado nos pellets ou injetado na extrusora. A injeção do expansor no polímero fundido origina chapas com densidade maiores do que as expandidas pela vaporização do agente impregnado nos pellets, porém mais resistentes e rígidas.

A B C D E F E G H

I

Figura 60 – Linha de extrusão de fitas de ráfia: A) extrusora com bomba de engrenagens; B) tanque de resfriamento; C) D); E) estufas de condicionamento térmico; F) unidade de estiramento; G) unidade de estiramento; H) roletes bobinadores; I) tubulação de sucção de aparas laterais e fitas rejeitadas



�� EXTRUSÃO DE CHAPAS A extrusão de chapas é semelhante à extrusão de filmes planos. Processa-se em um

equipamento colocado num plano horizontal, conforme ilustrado na figura 61. O equipamento é composto de extrusora, cabeçote plano, calandra, esteira para resfriamento secundário, puxador de dois cilindros emborrachados que trabalham com pressão sobre a chapa, e, finalmente, a bobinadora.

Esta última e usada para chapas de espessuras até 2 mm. Quando a espessura é maior usa-se uma guilhotina e se empilha as chapas prontas. Assim como na extrusão de filmes planos, a matriz de extrusão é geralmente do tipo “cabide”.

O cabeçote é todo revestido por resistências de aquecimento controladas pelo operador. Ao

sair do cabeçote, a chapa passa por um sistema alisador composto de três cilindros (calandra) dispostos verticalmente. Torna-se necessário este dispositivo tipo laminador, pois ele faz o ajuste final das dimensões desejadas, ao mesmo tempo em que alisa a superfície. O sistema consiste em passar o polímero através de um sistema normalmente constituído de três rolos de parede dupla, que possuem em suas superfícies uma película de cromo duro altamente espelhada.

A parede dupla nos cilindros é necessária para que se possa passar um líquido a uma temperatura pré-determinada, a fim de se obter um certo controle da temperatura superficial dos cilindros, o que é de suma importância para um laminado de boa qualidade.

Chapas de poliestireno (PS), ABS, acrílico (PMMA) e PVC (em menor escala) são produzidas por este processo para posterior termoformação de peças como banheiras, potes, copos, embalagens de brinquedos e produtos de confeitaria, consoles e pára-choques.

�� COEXTRUSÃO DE CHAPAS Através de duas ou mais extrusoras, a mesma matriz extruda de duas ou mais cores do

mesmo termoplástico ou ainda termoplásticos diferentes, porém compatíveis, formando uma chapa tipo sanduíche.

Um exemplo é a transformação de chapas de quatro camadas para copos ou potes, onde a primeira camada, de material virgem para evitar contaminação, manterá contato com o produto embalado. A segunda camada, mais espessa, tem função estrutural, mas pode ser feita com material reprocessado. A terceira camada é de cor diferente, por motivos estéticos e, finalmente, a quarta camada é de poliestireno cristal, que dá o brilho e deixa a camada colorida (terceira) transparecer. São necessárias, portanto, quatro extrusoras, com materiais adequados para cada caso e um cabeçote de construção apropriado para proceder à distribuição das camadas de acordo

Figura 61 – Extrusora e equipamentos comple-mentares para produ-ção de chapas.



com o produto final desejado. O equipamento complementar desta linha de extrusão é o mesmo descrito e ilustrado anteriormente para a produção de chapas comuns.

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